میدان دید دوربین مداربسته FOV

میدان دید دوربین مداربسته (FoV-Field of View) و زاویه دید (AoV-Angle of View) دو مفهوم هستند که بسیار شبیه به یکدیگر هستند، به همین دلیل درک این دو مفهوم کمی سخت است. در ادامه با ما همراه باشید تا علاوه بر توضیح و تفسیر هر یک از این مفاهیم و  تقاوت آنها با یکدیگر، دیگر عوامل موثر در تعیین اندازه میدان دید دوربین مداربسته را برای شما شرح دهیم.

شفاف‌سازی تفاوت میدان دید دوربین مداربسته و زاویه دید

در تعریف میدان دید دو اصطلاح متداول است، آنها را با هم بببینیم:

1- HFoV (میدان دید افقی)

 عرض صحنه در یک نقطه خاص از تصویر است، برای بیان آن فاصله سوژه از دوربین لازم است، مثلاً: در فاصله 1.2 متری سوژه، عرض میدان دید 2.5 متر است. آنچه بیان شد تعریف مفهوم FoV است. 

2- AoV (زاویه دید)

زاویه تحت پوشش دوربین که بر حسب درجه اندازه‌گیری می‌شود. 

این دو اصطلاح اغلب به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند. اما از نظر فنی دو موضوع متفاوت را تعریف می‌کنند. زاویه دید یکی از ویژگی‌های عدسی و لنز است اما میدان دید تابع چند متغیر مختلف است که یکی از این متغیرها AoV است. در ادامه با این متغیرها آشنا خواهید شد.

اصطلاحات رایج پیرامون میدان دید دوربین مداربسته

1- VFoV(میدان دید عمودی)

 اندازه‌گیری طول صحنه در یک نقطه خاص است. این اندازه شبیه HFoV است اما در زاویه دید عمودی. 

2- DAoF (زاویه دید مورب)

این زاویه دید که در حال حاضر استفاده نمی‌شود، زاویهٔ یک گوشه تصویر تا گوشه دیگر آن است.

این دو اصطلاح گاهی در کنار مشخصات دوربین و لنز ذکر می‌شوند. اما باید توجه داشته باشید که هرگز به‌جای HFoV یا AoV به کار نمی‌روند.

محاسبه میدان دید دوربین مداربسته

اولین قدم، محاسبه زاویه دید (AoV) دوربین است که با واحد درجه (°) سنجیده می‌شود. اصلی‌ترین فاکتور AoV نیز فاصله کانونی است. هرچه که فاصله کانونی عدسی بیشتر باشد، دوربین، میدان دید یا ناحیه باریک‌تری را نمایش می‌دهد. با استفاده از لنزی با طول مناسب (فاصله کانونی درست) میدان دید دلخواه کاربر آشکار می‌شود. 

می‌توانید اندازه لنز مناسبتان را با کمک ماشین‌حساب‌های مخصوص دوربین مداربسته تخمین بزنید. این ماشین‌حساب‌ها به کاربر اجازه می‌دهند تا با بارگذاری تصاویر واقعی که با دوربین موردنظر ثبت شده‌اند، FoV و AoV را تنظیم کنند. مثلاً انیمیشن زیر 4 زاویه دید مختلف و میدان دید هر یک از آنها را نمایش می‌دهد.

عرض میدان دید در برابر منطقه تحت پوشش

معمولاً میدان دید تنها با کمک مؤلفه افقی بیان می‌شود. یعنی عموماً تنها از معیار HFoV استفاده می‌شود. باید توجه داشته باشید که نسبت تغییر مساحت تحت پوشش  AoV به HFoV، نسبت 2 به 4 است. یعنی میدان دید افقی در  زاویه دید 120° ، 4 برابر میدان دید افقی در  زاویه دید 60° است. ویدئو زیر به درک این مفهوم کمک می‌کند. طبعاً برعکس این مسئله نیز صادق است. 

اندازه‌گیری و مقایسه میدان دید نظارتی

رایج‌ترین مشکل در میدان دید، مقایسه کمی و کیفی عکس دوربین‌های با میدان دید مختلف است. اجازه دهید این مسئله را با یک مثال روشن کنیم. در شرایط ثابت یعنی زمانی که رزولوشن، سوژه، فاصله سوژه تا دوربین و کیفیت و ساخت دوربین یکسان و برابر هستند، تصویر دوربینی که FoV عریض‌تری دارد، نسبت به‌عکس دوربینی با FoV باریک‌تر، «خیلی بد» به نظر می‌رسد. 

به دو عکس زیر نگاه کنید. این دو عکس از سوژه‌های یکسان گرفته شده‌اند. هر دو دوربین کیفیت 1080 دارند، ولی یکی از عکس‌ها بسیار بدتر از دیگری است، جزئیات ضعیفی از سوژه به نمایش می‌گذارد و پیکسلی و تار است. 

دلیل این میزان تفاوت چشمگیر میدان دید متفاوت دو عکس است. زاویه دید (AoV)  دوربین A حدود 52 درجه است. این در حالی است که دوربین B، با زاویه دیدی حدوداً 46 درجه عریض‌تر از دوبین A، منطقه وسیع‌تری را نمایش می‌دهد. اگرچه که  این گستردگی زاویه دید، در پوشش‌دهی بیشتر دوربین مؤثر است اما کیفیت را کاهش می‌دهد. برای جبران این مسئله باید رزولوشن را افزایش داد. 

در طول تاریخ تفاوت‌های این‌چنینی، دست‌مایه فروشندگانی بوده است که می‌خواستند دوربین خود را بهتر از دوربین رقبا جلوه دهند. اما با اندکی تجربه و دانش و بررسی‌های مختلف می‌توان به‌سادگی متوجه تفاوت‌های این‌چنینی شد؛ لذا یکسان بودن FoV دوربین‌ها نشان از یکسان بودن کیفیت عکس دوربین نیست. هنگام تست خرید بین دوتا چند دوربین، حتماً توجه داشته باشید که میدان دید هر دوربین در اندازه استاندارد خودش باشد. یا حداقل در همه دوربین‌ها در فاصله یکسانی باشد تا تفاوت کیفیت مشخص شود.

میدان دید دوربین مداربسته در برابر فاصله سوژه

در یک زاویه دید ثابت، هر چه فاصله سوژه از دوربین بیشتر باشد، صحنه در آن نقطه عریض‌تر است. با دورتر شدن سوژه از دوربین، عرض تصویر بر حسب متر یا فوت افزایش پیدا می‌کند. این مسئله یک قانون فیزیکی است. می‌توانید برای درک بیشتر به تصویر زیر نگاه کنید. در زاویه دید ثابت با دور شدن سوژه از دوربین، عرض FoV بیشتر می‌شود.

این عکس با نشان‌دادن همان موضوع از زاویه دید در بالا، به درک بهتر این مسئله کمک می‌کند. 

در ویدیوی زیر ارتباط بین فاصله از سوژه و میدان دید دوربین مداربسته را با هم ببینیم:

میدان دید تابع متغیری به نام فاصله است 

ازآنجایی‌که با دور شدن یا نزدیک شدن سوژه از دوربین، عرض میدان دید تغییر می‌کند، سه عامل کلیدی را باید به‌خاطر بسپارید.

• با اینکه مردم اغلب از یک مقدار عددی ثابت برای اشاره به FoV استفاده می‌کنند اما چیزی به اسم FoV ثابت وجود ندارد. این مسئله بسیار مهم و تأثیرگذار است. شما باید بدانید سوژه در کجای تصویر قرار دارد تا بتوانید میدان دید را محاسبه کنید. گفتن جمله "FoV برابر فلان عدد است." مخاطب را گمراه می‌کند.
• برای تعیین عرض میدان دید باید فاصله سوژه از دوربین را بدانید. در نتیجه آن می‌توانید یک مقدار عددی به FoV نسبت دهید. مثلاً باید بگویید: «در فاصله X متری از دوربین، میدان دید Y متر است.» 
• دورترین فاصله سوژه از دوربین را به دست بیاورید. در آن صورت می‌توانید وسیع‌ترین میدان دید را به دست بیاورید. البته هیچ دوربینی نمی‌تواند در وسیع‌ترین میدان دید خود، تصویری با جزئیات کافی ارائه کند.

برای محاسبه بهترین FoV باید از واحدهای پیکسل بر فوت/ پیکسل بر متر (Pixels per foot / Pixels per meter) یا به‌اختصار PPf/PPt استفاده کنید.

میدان دید دوربین مداربسته در برابر فاصله کانونی

لنز کوتاه‌تر فاصله کانونی را کوچک‌تر می‌کند و با کم‌شدن فاصله کانونی، عمق میدان دید بیشتر می‌شود، از طرفی با لنزهای عریض که فاصله کانونی بزرگی دارند، ضریب افزایش عمق میدان که تابع فاصله سوژه از دوربین است افزایش پیدا می‌کند. اجازه دهید در یک مثال، به مقایسه تصاویر یک دوربین فیش آی/ پانوراما با یک لنز سوپر تله فوتو بپردازیم تا مسئله کاملاً روشن شود.

در دوربین 360 درجه فیش آی، ممکن است در فاصله حدود 1 متری از سوژه عرض میدان دید به‌اندازه حدود 6 متر زیاد شود. این مسئله یک قانون فیزیکی است. چون در این دوربین میدان دید محیط یک دایره است، عرض میدان دید به‌سرعت افزایش پیدا می‌کند. 

 از طرف دیگر در یک عدسی سوپر تله فوتو که لنز کوتاه‌ و به طبع زاویه دید باریکی دارد، با افزایش فاصله یک‌متری سوژه از دوربین، میدان دید احتمالاً فقط ½ یا ¼ برابر افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل است که اغلب جزئیات تصویر سوژه‌ای که در ده متری دوربین سوپر تله فوتو قرار دارد، برابر با جزئیات تصویری است که در یک‌متری دوربین فیش آی 360 درجه قرار گرفته است. 

به یاد داشته باشید که:

1- مراقب دوربین‌های با لنز فیش آی  یا لنزهای با زاویه فوق‌العاده عریض باشید. در این دوربین‌ها FoV به‌سرعت افزایش پیدا کرده و ثبت جزئیات کاهش چشمگیری دارد.

2- در دوربین‌های سوپر تله فوتو، زاویه دید با سرعت بسیار کمی گسترش پیدا می‌کند و عمق میدان بسیار زیاد می‌شود. این لنزها ممکن است تراکم پیکسلی (PPf/PPt) بیشتری ارائه کنند اما فوکوس آنها خارج از حالت استاندارد است. مطلب پیکسل دوربین مداربسته را مطالعه نمایید. 

میدان دید در برابر اندازه سنسور تصویر

اندازه سنسور تصویر نیز بر اندازه عمق میدان تأثیر می‌گذارد اما در عمل این تأثیرگذاری به حدی نیست که بتوان آن را به‌عنوان یک متغیر اصلی برای اندازه‌گیری میدان دید استفاده کرد. میزان انحراف معیار اندازه تصویرگر معمولاً مقدار کمی است. 

شایان‌ذکر است در شرایط کاملاً برابر میان دو دوربین فرضی، هر چه اندازه سنسور در یک دوربین بزرگ‌تر باشد، FoV نیز بزرگ‌تر خواهد بود.

خلاصه کلام در مورد FOV

بالاخره تفاوت بین زاویه دید دوربین مداربسته AOV با عمق میدان دید دوربین مداربسته FOV در این مقاله روشن شد. بهتر است که در طراحی پروژه های اجرایی با اطلاعات کامل در مورد این قابلیت‌های دوربین مداربسته جلو رویم.